炭布高温预处理对C/C复合材料摩擦磨损性能的影响

采用炭布叠层为坯体，经等温ＣＶＤ工艺制备Ｃ／Ｃ复合材料，并对其摩擦磨损性能进行初步探讨，结果表明，炭布高温预处理能改善Ｃ／Ｃ复合材料的摩擦磨损性能，随着刹车压力的增大，试样的磨损率增大而摩擦系数则减小。     

C/C坯体结构对RMI制备C/SiC复合材料的影响

采用无涂层、SiC涂层、C和SiC复合涂层处理的炭布/网胎预制体,经过CVD和树脂浸渍/炭化混合致密,制备了4种C/C坯体,随后熔融渗硅获得C/SiC复合材料;研究了不同纤维涂层、基体炭类型对C/SiC复合材料弯曲强度和断裂方式的影响,并对复合涂层状态的C/SiC材料的摩擦磨损性能进行测试。结果表明:混合基体炭与纯热解炭的C/C坯体相比,制备的RMI-C/SiC材料弯曲强度更高,且经过涂层处理的C/SiC材料弯曲强度最高;复合涂层、混合基体炭均使材料表现出良好的"假塑性"。复合涂层处理的试样在制动压力0.6～0.8 MPa、惯量0.3～0.4 kg·m~2、转速为6000～7500 r/min的条件下,平均摩擦系数为0.348～0.454,且材料磨损量较小,最大为2.188μm/(面·次)。     

针刺炭纤维预制体结构单元对C/C复合材料性能的影响

采用6K炭纤维无纬布/网胎交替叠层及12K炭纤维无纬布/网胎交替叠层,在针刺工艺,致密化、热处理工艺完全相同的情况下,制备了密度为1.8g/cm3的热解炭/树脂炭双元基体的两种C/C复合材料产品,考察了针刺预制体结构单元对C/C复合材料性能的影响.结果表明,两种C/C复合材料的热学（垂直方向导热系数）、电学性能及石墨化度基本相当;而针刺6K炭纤维无纬布/网胎预制体C/C复合材料的拉伸、弯曲、压缩、层间剪切强度分别为127MPa,189MPa,263MPa,24.6MPa;其平行方向导热系数为54.6W/m＆#183;K,比常规针刺12K炭纤维无纬布/网胎预制体C/C复合材料相应提高了38％,32.2％,32.8％,38.9％,21％,彰显了细化针刺预制体结构单元对C/C复合材料力学性能的显著影响.     

“三明治”C/C复合材料及其摩擦磨损性能

通过化学气相渗透法(CVI)制备出一种新型的"三明治"结构的C/C复合材料。其两侧是纯网胎结构的功能层,主要承担摩擦功能;中间为承担结构作用的结构层,与传统针刺毡结构一致。系统研究了材料的微观组织结构特征及其摩擦磨损性能。结果表明:"三明治"C/C复合材料各个区域的热解炭都为粗糙层结构;刹车性能较传统三维针刺结构C/C复合材料的摩擦性能稳定;在摩擦试验过程中,摩擦面能够形成一层连续均匀的薄膜,使材料在刹车过程中具有较稳定的摩擦系数并能够有效降低材料的磨损率。     

致密工艺对C/C复合材料摩擦性能的影响

采用针刺全炭纤维网胎无纬布整体结构预制体为骨架，经化学气相沉积（CVD）、树脂浸溃（RD固化致密及炭化、石墨化制得C／C复合材料。研究了粗糙层（RL）和树脂炭（RC）对摩擦性能的影响。结果表明，RL结构的C／C复合材料的摩擦性能较好，稳定性较高，是用作飞机刹车材料的前提；采用CVD＋RI制备且石墨化后的C／C复合材料具有优良的摩擦磨损特性；CVD试样的密度较低时，摩擦系数较高，但磨损较大，较难形成完整的摩擦膜。     

化学气相沉积致密针刺C/C复合材料的结构及力学性能研究

以T300炭纤维无纬布、网胎为原材料,层叠针刺成型炭纤维预制体,并采用化学气相沉积工艺对预制体进行致密,制成密度为1.55 g/cm3的针刺C/C复合材料。对针刺C/C复合材料的微观结构进行了观察分析,并对材料力学性能进行了测试。结果表明:化学气相沉积致密的针刺C/C复合材料呈现出以层间大量垂直纤维束为节点的类钉板状网状结构,这种特殊结构使材料层间结合更好,材料整个结构更加紧密;针刺C/C复合材料内部纤维被沉积形成的热解炭所包裹,热解炭的织构类型为光滑层(SL)和粗糙层(RL)并存;针刺C/C复合材料的各项力学性能均达到了较高水平,并且高温力学性能比常温力学性能有了很大幅度的提高。     

飞机炭刹车盘制备中各工艺参数对其摩擦磨损性能的影响

炭/炭刹车盘的摩擦磨损性能对飞机获得高能量刹车时的高摩擦磨损特性有重要的影响。通过控制炭/炭(carbon/carbon,C/C)复合材料制备过程中各工艺参数可以得到高性能刹车的炭刹车盘。影响C/C复合材料摩擦性能的因素有很多,综述了国内外研究现状,本文讨论了炭纤维预制体、致密化过程、高温热处理和机械加工对炭刹车盘摩擦磨损性能的影响以及这几个工艺参数的协同作用。     

C/C复合材料预制体结构对摩擦性能的影响

采用整体毡预制体、针刺网胎/无纬布叠层预制体和穿刺预制体,通过化学气相沉积法(CVD)结合液相浸渍法(PIP)制备了C/C复合材料,利用MM1000-Ⅱ型摩擦磨损实验机测试了三种不同预制体C/C复合材料的摩擦性能,采用扫描电子显微镜分别观察了三种C/C复合材料的表面形貌,研究发现预制体结构中纤维排布方式及含量影响C/C复合材料的摩擦系数。相同转速下C/C复合材料的摩擦系数随压力的升高而增大;压力相同的条件下C/C复合材料的摩擦系数随着转速提高而增大;高压高转速下针刺网胎/无纬布制备的C/C复合材料摩擦系数较稳定,整体毡制备的摩擦系数虽小但随转速变化波动较大,穿刺预制体制备的摩擦系数大且波动大,说明穿刺这种增强单元相对较粗大的预制体不适合制备摩擦密封领域的精细结构复合材料。     

刹车速度对C/C-SiC复合材料摩擦磨损性能的影响

对反应熔体渗透工艺制备的C/C-SiC复合材料,在MM-1000型摩擦磨损试验机上进行了模拟飞机制动刹车实验,重点研究了C/C-SiC复合材料在不同刹车速度下的摩擦磨损性能.研究表明:随着刹车速度的增加,C/C-SiC复合材料的摩擦系数先少许增加然后再减小,在10 m/s时达到最大值0.52.磨损率在低速时保持较低的数值,随着刹车速度的增加呈线性增加,但仍小于C/C复合材料的磨损率,表明C/C-SiC复合材料具有优良的耐磨损性能.当刹车速度超过20 m/s时,由于能载水平较高,摩擦表面出现犁沟现象并形成大量球状磨屑,摩擦系数急剧减小.     

针刺炭纤维预制体的发展与应用

对比了国内外针刺炭纤维预制体的发展与应用.法国Sneema公司采用针刺技术成型的预制体有Novoltex和Naxeco两种,应用于火箭发动机延伸锥、喉衬等.国产薄壁针刺C/C复合材料性能与法国针刺扩张段材料性能相当.国产针刺预制体有整体毡和炭布/网胎针刺预制体,炭布/网胎叠层针刺预制体由于x-y向引入了连续纤维,制品整体性能较好.针刺技术是炭纤维预制体的自动化成型技术,拓宽了C/C复合材料应用领域.     

炭纤维增强尼龙复合材料性能及产品应用研究北大核心

研究了炭纤维用量对炭纤维/PA66复合材料力学性能的影响,炭纤维长度、分布、含量对炭纤维/PA66复合材料体系摩擦磨损性能的影响。结果表明:复合材料的拉伸强度随着炭纤维用量增加而增大,但质量分数超过15%后,增幅缓慢。在同一载荷下,随着炭纤维用量的增加,复合材料体系的摩擦系数先降低后升高;炭纤维质量分数20%时,复合材料体系的摩擦系数最小,较PA66树脂降低了1/3;相容剂、耐磨助剂用量对炭纤维/PA66复合材料扶正器专用料体系影响较大,适当的用量可以提高扶正器的使用寿命。     

炭纤维增强尼龙复合材料性能及产品应用研究

研究了炭纤维用量对炭纤维/PA66复合材料力学性能的影响,炭纤维长度、分布、含量对炭纤维/PA66复合材料体系摩擦磨损性能的影响。结果表明:复合材料的拉伸强度随着炭纤维用量增加而增大,但质量分数超过15%后,增幅缓慢。在同一载荷下,随着炭纤维用量的增加,复合材料体系的摩擦系数先降低后升高;炭纤维质量分数20%时,复合材料体系的摩擦系数最小,较PA66树脂降低了1/3;相容剂、耐磨助剂用量对炭纤维/PA66复合材料扶正器专用料体系影响较大,适当的用量可以提高扶正器的使用寿命。     

不同制动速度对碳纤维增强酚醛树脂基摩擦材料摩擦性能的影响

为了研究不同制动速度对碳纤维增强树脂基摩擦材料摩擦磨损性能的影响,通过制备短切纤维(DQ)、平纹布铺层(TB)和2.5D深交联机织物(SJ)三种碳纤维预制体结构增强酚醛树脂基摩擦材料,测试了三种摩擦材料在不同制动速度下的摩擦系数、磨损率及制动时间,并结合微观表面形貌和磨屑形貌讨论了摩擦材料的摩擦磨损机理。结果表明:在相同的制动速度下,材料的摩擦系数基本表现为SJTBDQ,深交联织物增强摩擦材料磨损量最低、制动时间最短。平纹布铺层和2.5D织物增强摩擦材料的摩擦系数受制动速度的变化影响较小,并稳定在0.35～0.45。随着制动速度的增加,短切纤维增强摩擦材料表面难以形成连续的摩擦膜,主要发生磨粒磨损;平纹布铺层和2.5D织物增强摩擦材料摩擦表面存在较完整的摩擦膜,磨损形式以粘着磨损为主。     

石墨/铜粉改善双马来酰亚胺复合材料摩擦性能

采用层压成型制备了2类改性双马来酰亚胺纤维复合材料,分别考察了石墨、铜粉的用量对纤维复合材料摩擦性能(摩擦系数,磨损率)和力学性能的影响,并用扫描电镜对复合材料的磨损表面形貌进行了分析。结果表明:石墨对改善双马来酰亚胺的摩擦磨损性能较铜粉更有效。石墨的质量分数为3%时,复合材料的摩擦磨损性能和力学性能达到最佳。     

短切炭纤维制动摩擦片的制备和性能研究

采用硫酸炭化淀粉液相沉积法将国产短切炭纤维进行改性处理,并将其作为摩擦材料的增强体,以改性腰果壳油酚醛树脂为基体黏结剂,铜粉、重晶石、高温煅烧氧化铝、人造石墨、提纯石墨、橡胶粉、摩擦粉等为填料和性能调节剂,通过干法热压法制备了短切炭纤维制动摩擦片,并对其性能进行了研究。研究结果表明:短切炭纤维的含量为3%~11%时,平均摩擦系数为0.29~0.41,其含量对摩擦片的摩擦系数影响不大;当炭纤维含量为9%时,摩擦片的高低温摩擦系数差值为0.012,摩擦性能最稳定,而且其磨损率为0.12×10~(-7)cm~3·N~(-1)·m~(-1),磨损率最小,与未处理的炭纤维摩擦片相比较,其磨损率降低了74%。     

高温热处理对炭 /炭复合材料湿态摩擦性能的影响

研究了高温热处理工艺对快速定向扩散化学气相渗透炭／炭复合材料在湿态下的摩擦磨损性能的影响。实验选择了4种不同的高温热处理工艺，用于比较其对炭／炭复合材料微观结构及湿态下的摩擦磨损性能的影响。分析结果表明湿度对炭／炭复合材料的摩擦性能有显著的影响，在湿态下它的摩擦系数明显低于正常干态下的摩擦系数并且随着刹车压力和刹车惯量的增加下降得更快；高温热处理工艺对炭／炭复合材料微观结构有显著影响，通过改变炭／炭复合材料微观结构，适当的高温热处理工艺可以改善湿态下炭／炭复合材料摩擦磨损性能。结果表明，最适合的热处理温度为2000℃，在2000℃下热处理的炭／炭复合材料有足够的摩擦系数，并且湿度对其摩擦磨损性能影响较其他3种热处理工艺的炭／炭复合材料小。     

热处理温度对炭/炭复合材料性能的影响

对同一种炭／炭复合材料，经过不同温度热处理后的微观结构、石墨化度、导热系数、抗弯强度和摩擦磨损性能进行了对比研究。试验表明：随着最终热处理温度的提高，易石墨化的热解炭偏振光下光学活性增强，而难石墨化的热解炭微观结构几乎没有变化；炭／炭复合材料的晶粒逐渐长大，层面间距缩小，石墨化度有较大提高；平行炭布方向的导热系数和垂直炭布方向的导热系数均有上升。同时，由于基体炭与炭纤维两者热膨胀系数的差别，热处理温度的提高，降低了基体与增强纤维的的结合强度，使炭／炭复合材料的抗弯强度降低。试验还表明：随着热处理温度的提高，炭／炭复合材料的摩擦表面逐渐形成薄而致密的自润滑膜，摩擦系数在经过一个峰值后趋于平稳状态，磨损量下降明显。经l800℃热处理的质量损失主要是由氧化造成的。     

旋转摩擦方式下炭/炭密封材料摩擦磨损行为研究

以针刺网胎无纬布为预制体,采用化学气相渗透、树脂浸渍固化炭化、沥青浸渍高压炭化混合致密化工艺,制备C/C密封材料。采用CFT-1型多功能材料表面性能综合测试仪,应用旋转摩擦方式对C/C密封材料摩擦磨损行为进行研究,并采用扫描电镜分析了C/C密封材料磨损面形貌。结果表明:C/C密封材料的摩擦磨损性能与材料制备工艺(热处理温度及表面纤维结构)息息相关。材料摩擦系数在载荷为24 N,转速为1 000 r/min测试条件下,随着热处理温度的升高呈现出递增趋势,摩擦系数范围为0.110~0.201。材料表面不同区域的磨损量相差较大,网胎区域基体含量多,易形成致密摩擦膜,磨损量大(0.2702mm3);无纬布纤维束区域,纤维含量高,磨损量小(0.0256 mm3);磨损量随着热处理温度的升高,逐渐增大。     

针刺用炭布／网胎复合织物单层增厚及变形性分析

炭布／网胎复合织物是C／C复合材料针刺预制体的一种重要原料。本文研究了针刺后不同种类炭布／网胎复合织物的单层增厚及针刺变形性。单层增厚与针刺后复合织物的结构、织物的厚度均匀性和针刺密度有关。针刺后复合织物的结构为“销钉”结构,织物的厚度均匀性影响Z向纤维的引入量,针刺密度是影响单层增厚最为显著的因素。针刺密度为20针／cm^2时,预氧丝网胎复合织物的单层增厚小于0．2mm,增厚百分比在4％～25％之间;针刺密度为32针／cm^2时,炭纤维网胎复合织物的单层增厚在0．14mm-0．23mm之间,增厚百分比在16％～34％之间。不同种类炭布／网胎复合织物的整体变形性较为相似,针刺变形性与炭布的结构有关。     

纤维增强聚苯硫醚复合材料摩擦磨损性能的研究

分别以玻璃纤维(GF)与碳纤维(CF)作为增强体制备了聚苯硫醚(PPS)纤维增强复合材料。研究了GF/PPS和CF/PPS复合材料的摩擦磨损性能,以及不同体积分数的纤维增强体、不同载荷与滑动速度对复合材料的摩擦磨损性能的影响。结果表明:GF与CF的引入有效地提高了复合材料的摩擦磨损性能;随纤维体积分数的增加复合材料的摩擦系数逐渐增加,随载荷的增加复合材料的摩擦系数逐渐降低,但磨损率增大。